地磁水平分量动态监控装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种监控装置，具体涉及一种地磁水平分量动态监控装置，本发明属 于物理检测仪器领域。
【背景技术】
[0002] 由于地磁水平分量较小，普通的特斯拉计难以检测，目前的一些测量地磁水平分 量的装置都只能停留在测量大小方面，而且装置成本都比较高，市场上没有动态监控地球 磁场水平分量的装置。
【发明内容】
[0003] 为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种地磁水平分量动态监控装 置，以解决现有技术只能测量地磁水平分量的大小、装置成本较高的技术问题。
[0004] 为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
[0005] 地磁水平分量动态监控装置，其特征在于，包括:线圈、悬挂装置、扭转放大装置、 监控装置，线圈通过悬挂装置悬挂在空中，并在通电后在地磁作用下扭转，扭转放大装置将 线圈的扭转角度进行显示放大，监控装置监控扭转放大装置显示结果，处理后得到动态的 地磁水平分量。
[0006] 前述的地磁水平分量动态监控装置，其特征在于，在线圈未通电时，线圈平面的法 向与地磁水平方向垂直。
[0007] 前述的地磁水平分量动态监控装置，其特征在于，通过指南针确定线圈的初始平 衡位置。
[0008] 前述的地磁水平分量动态监控装置，其特征在于，所述悬挂装置包括悬挂导线、固 定端，所述悬挂导线一端连接固定端，另一端连接线圈。
[0009] 前述的地磁水平分量动态监控装置，其特征在于，悬挂导线包括第一悬挂导线、第 二悬挂导线，固定端包括固定顶端、固定底端，线圈包括相对的两端，第一悬挂导线的一端 连接固定顶端，第一悬挂导线的另一端连接线圈的一端，第二悬挂导线的一端连接固定底 端，第一悬挂导线的另一端连接线圈的另一端。
[0010] 前述的地磁水平分量动态监控装置，其特征在于，所述扭转放大装置包括反射镜 组件、光屏、光点产生装置，光电产生装置产生的光点打在反射镜组件上，并通过反射镜组 件显示在光屏上，反射镜组件与线圈相连，并跟随线圈扭转而扭转。
[0011]前述的地磁水平分量动态监控装置，其特征在于，所述反射镜组件包括第一反射 镜、第二反射镜，所述第一反射镜与线圈固定连接，光电产生装置产生的光点通过第一反射 镜反射到第二反射镜上，再通过第二反射镜反射显示到光屏上。
[0012]前述的地磁水平分量动态监控装置，其特征在于，所述监控装置包括摄像机、计算 机系统，摄像机连接计算机系统，摄像机拍摄光点照片后将照片传输给计算机系统，由计算 机系统处理后得到动态的地磁水平分量。
[0013] 本发明的有益之处在于:本发明的地磁水平分量动态监控装置运用了力学、光学 以及计算机处理图片的技术，时时刻刻可以精确地反映出地磁水平分量的大小，成功地对 地磁水平分量的大小进行了动态监控。
【附图说明】
[0014] 图1是本发明地磁水平分量动态监控装置的一个优选实施的结构示意图；
[0015] 图2是本发明地磁水平分量动态监控装置反射路径的几何模型；
[0016] 图3是本发明地磁水平分量动态监控装置用matlab处理图片的技术，计算出每张 图片中光点的位置，绘制出光点位移与时间的曲线光点位移与时间的曲线。
[0017] 图中附图标记的含义：
[0018] 1、线圈，2、第一悬挂导线，3、第二悬挂导线，4、固定顶端，5、固定底端，6、第一反射 镜，7、第二反射镜，8、光屏，9、光点产生装置，10、摄像机，11、外箱。
【具体实施方式】
[0019] 以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
[0020] 参照图1所示，本发明地磁水平分量动态监控装置，包括:线圈1、悬挂装置、扭转放 大装置、监控装置，线圈1通过悬挂装置悬挂在空中，并在通电后在地磁作用下扭转，扭转放 大装置将线圈1的扭转角度进行显示放大，监控装置监控扭转放大装置显示结果，处理后得 到动态的地磁水平分量。线圈1、悬挂装置、扭转放大装置、监控装置均可以设置在外箱11 内，外箱能够减少外界因素对线圈1、悬挂装置、扭转放大装置、监控装置的干扰。使得监控 更为精确。这些外界因素可以是空气扰动、外力振动等。
[0021] 下面介绍本发明的应用原理。
[0022] (1)圆轴扭转
[0023] 我们以一根铜丝为例，当其发生圆轴扭转时，若最大剪应力不超过材料的比例极 限，其扭转角公式：
[0025] 其中，Mx是铜丝横截面上的扭矩，L是铜丝的长度，G是铜丝的剪切模量，^是横截面 对截面形心极惯性矩，横截面是圆形。
[0026] 若铜丝转动一个角度Θ，则铜丝最下端横截面上的扭矩为：
[0030] M = k0o
[0031] (2)地磁水平分量计算公式
[0032]我们用两根铜丝把一个线圈1固定住，保证线圈1的转动角度等于铜丝的扭转角 度，铜丝与外界的电源相连接。初始时刻把线圈1平面的法向与地磁水平方向垂直。在初始 时刻，使线圈平面的法向与地磁水平分量垂直，不通电流时，线圈1系统受到重力和铜丝的 拉力，处于静止，将此时线圈1所处的位置称为初始平衡位置。确定线圈1的初始平衡位置时 借助于一个指南针。我们给线圈1通电流，线圈1会受到地磁水平分量的施加磁力矩，因为线 圈1转动时带动了铜丝的扭转，所以线圈1同时会受到铜丝施加的反向扭矩。线圈1最后在两 个力矩的作用下平衡，线圈1静止后，偏离初始平衡位置的一个角度。我们根据线圈1的受力 平衡推导出地磁水平分量的计算公式：
[0034]其中，k是材料的扭矩系数，N是线圈1的匝数，I是线圈1所通的电流，Θ是线圈1偏离 初始平衡位置的角度，s是线圈1所围成的面积。
[0035] (3)θ的测量
[0036]放大部分：
[0037]由于线圈1在最后静止时，偏离初始平衡位置的角度较小，不易测量，我们在装置 中加入了一个激光放大的部分，在线圈1的内部固定了一个反射镜，将测量线圈1的转动的 角度转化到了测量激光光点的移动距离。图2是我们激光反射路径的几何模型。根据余弦定 理和正弦定理，推导出转角与光点移动距离的转换公式：
[0039] 监控部分：
[0040] 我们已经将线圈1的转动转换成了光点的移动，只要测量出线圈1移动的距离就可 以推算出线圈1转动的角度，首先不通电流，让线圈1自由转动，然后通电流，让线圈1转动， 我们用摄像头对光点的移动进行每隔0.02 8拍照，并用!^丨1&13处理图片的技术，计算出每张 图片中光点的位置，绘制出光点位移与时间的曲线，如图3:
[0041] 不通电